Poreovertrykk på Øvre Nyhavna

Abstract

Denne oppgaven er knyttet til geotekniske arbeider ved Nyhavna i Trondheim. Det er beskrevet sammenhenger og mulige årsaker til poretrykksutvikling ved stålkjernepeling utført med boring av foringsrør med polymerblandet borevæske. Deretter er det utført setningsanalyser knyttet til benyttet fundamenteringsløsning med stålkjernepeler, og en alternativ fundamenteringsmetode med kalk-/sementstabilisering. Avslutningsvis er det beskrevet dreneringsegenskaper og mulig influensområde for kalk-/sementstabilisering.

Benyttet datamateriale er geotekniske felt- og laboratorieundersøkelser, poretrykksmålinger, peleprotokoller, injeksjon- og vanntapsmålinger ved Øvre Nyhavna i Trondheim.

Ved boring av foringsrør med polymerblandet borevæske viser poretrykksmålingene en momentan økning i poretrykk, som i løpet av timer går over til en midlertidig reduksjon. Poretrykksmålingene viser en midlertidig reduksjon opptil 3,13 mH2O ved bergoverflaten, og 0,60 mH2O midt i leirlaget. Poretrykket ved bergoverflaten fluktuerer med intensiviteten til boring av foringsrør, mens poretrykket midt i leirlaget er tilnærmet lineært synkende. Ved boring av foringsrør med avstander ≥ 8 meter er det registrert ingen innvirkning på poretrykk. Poretrykket varierer under installasjonsprosessene, og øker til opprinnelig verdi etter at stålkjernene er installert og foringsrørene er gyset. Poretrykksmålingene viser at polymerblandingen trolig har hatt en tettende effekt på utsiden av foringsrøret, og at eventuelle lekkasjer har vært gjennom glippen mellom foringsrør og berg. Det er også registrert færre lekkasjer ved foringsrør som er injisert etter at foringsrør og uforet berghull er boret. En mindre differanse mellom foringsrørets- og det uforede berghullets diameter synes også å være gunstig for andelen lekkasjer.

Setningsberegningene viser i overkant av 15 cm områdesetninger ved bruk av stålkjernepeler, gitt at det oppstår lekkasje i forbindelse med installering av pelene som fører til full utdrenering av poreovertrykket i området. Områdesetningene vil være like for alternativet med kalk-/sementstabilisering forutsatt full drenasje av poreovertrykk, gitt høyere permeabilitet i kalk-/sementblokka enn omkringliggende jord. I underkant av byggene vil en oppleve mye større setninger ved fundamentering på kalk-/sementblokk, opp mot 30 cm, da en ved dette alternativet er nødt til å ta hensyn til vekten av bygget i tillegg til utdreneringen av poreovertrykk. Enkle overslagsberegninger for hånd viser at kompresjonene av selve kalk-/sementblokken er 10 ganger så stor som kompresjonen av stålkjernepelen.

Det ser foreløpig ut som man kun har registrert en midlertidig utdrenering av poreovertrykk på Øvre Nyhavna, og at bruk av stålkjernepeler som fundamenteringsløsning har vært svært vellykket for dette prosjektet.

Ved vurdering av influensområde for en sirkulær kalk-/sementstabilisert blokk med radius 10 meter, er det for den numeriske analysen tatt utgangspunkt i en permeabilitet lik 400 ganger jordens permeabilitet. Den numeriske analysen viser et influensområde lik 1 km for en sandig morene, mens resultatene viser i underkant av 300 meter for en siltig morene, gitt at det er et tilstrekkelig hydraulisk potensial.

Litteraturstudiet fra laboratorieforsøk på kalk-/sementstabilisert leire viser at permeabiliteten øker rett etter innblanding, og vil med fasthetsutviklingen i det stabiliserte materialet gå mot en lavere permeabilitet over tid. Generelt for leire gir sement lavest permeabilitet, kalk høyest, og kalksementblanding en midlere verdi. Målinger av permeabilitet i felt avviker i midlertidig resultatene fra laboratorieforsøk. Generelt viser feltforsøk en økning i permeabilitet. Det er i midlertidig påvist at permeabiliteten i det stabiliserte materialet reduseres med dybden til en verdi lik jordens opprinnelige permeabilitet.

This thesis is related to the geotechnical efforts at Nyhavna in Trondheim. It describes relationships between pore pressure developments and steel core piling performed by drilling casings with polymer blended drilling fluid. Further, settlement analyzes have been carried out related to the used foundation solution with steel core piles and an alternative foundation method such as deep soil mixing. Finally, drainage properties and possible influence range for deep soil mixing are described. Data used is related to geotechnical field- and laboratory investigations, pore pressure measurements, pile protocols, cement injections- and water loss measurements.

When drilling casings with polymer blended drilling fluid, the pore pressure measurements shows a momentary increase in pore pressure, which over a period of time goes to a temporary reduction. The pore pressure measurements show a temporary decrease up to 3,13 mH2O at the rock surface, and 0,60 mH2O in the middle of the clay layer. The pore pressure at the rock surface fluctuates with the intensity of casing drilling, while the pore pressure in the middle of the clay layer is approximately linearly decreasing. When drilling casings with a distance ≥ 8 meters, no influence on the pore pressure is measured. The pore pressure varies during the installation processes and increases to initial value after the steel cores have been installed and the casings are cement grouted. The polymer blend has probably a sealing effect on the outside of the casing, and any leaks may have been through the slip between casing and rock. Fewer leaks have also been recorded in casings that are injected after the casing and unlined rock holes are drilled. A smaller difference between the casing- and unlined casing diameter seems to be favorable in the proportion of leaks.

The settlement calculations indicate settlements in excess of 15 cm using steel core piles, given that a leakage in conjunction with the installation of the piles leads to full drainage of the pore overpressure in the area. The area settlements will be the same for the alternative with lime-/cement stabilization assuming full drainage of pore overpressure, given a higher permeability than the surrounding soil. Calculations with lime-/cement stabilization show that settlements up to 30 cm will occur just below the buildings. This increase in settlements is related to the fact that the weight of the buildings must be included in addition to drainage of the pore overpressure. Simple hand calculations show that the compression of the lime-/cement block itself is 10 times the compression of the steel core pile.

It appears that only a temporary drainage of pore overpressure has been registered at Øvre Nyhavna, and that the use of steel core piles as a foundation solution has been very successful for this project.

When assessing the area of influence of a circular lime-/cement stabilized block with a radius of 10 meters, the numerical analysis is based on a permeability equal to 400 times the permeability of the surrounding soil. The numerical analysis shows an area of influence equal to 1 kilometer for a sandy moraine and for a silty moraine down to 300 meters, given that there is sufficient hydraulic potential at a given distance from the lime-/cement block.

The literature study from laboratory experiments on lime-/cement stabilized clay shows that permeability increases immediately after blending, and with the strength development in the stabilized material it will move towards a lower permeability over time. In general, for clays, cement gives the lowest permeability, lime highest, and lime-/cement mixture an average value. The results of field trials show that laboratory experiments can differ to a large extent. In general, field trials show an increase in permeability of the soil for the stabilized material. However, it has been shown that the permeability of the stabilized material is reduced by the depth to a value equal to the original permeability of the soil.